2001年5月18日，與蔡卓妍組成女子演唱組合Twins正式出道。2003年6月24日，主演的電影《千機變》在香港上映，她在片中飾演吉普茜。10月30日，主演的電影《古宅心慌慌》在內地和香港同步上映，她在片中飾演丁鈴。2004年8月12日，主演的電影《千機變Ⅱ花都大戰》在內地和香港同步上映，她在片中飾演武功高強的藍翎。2005年1月，憑借主演電影《公主復仇記》提名第10屆香港電影金紫荊獎最佳女演員獎。
2007年5月，主演的電視劇《A計劃》在山西電視臺首播，她在劇中飾演溫婉貌美、純真善良的高曼妮。同月，主演的電視劇《雪山飛狐》在香港亞洲電視臺首播，她在劇中飾演程靈素。7月，參與拍攝陳凱歌執導的電影《梅蘭芳》，她在片中飾演少年版的梅蘭芳妻子福芝芳。
2008年1月，鐘欣潼陷入陳冠希的“艷照門”事件。隨后，她暫停了所有演藝活動。受事件影響，陳凱歌刪除了她出演電影《梅蘭芳》的所有戲份。2009年3月10日，正式復出娛樂圈。2010年3月，推出個人首張音樂EP《人人彈起》，該EP收錄了《心多》《什么是潮流》《生活在他方》在內的6首歌曲。4月16日，與蔡卓妍合體Twins組合，在香港紅磡體育館舉行三場“人人彈起”演唱會。4月，主演的電影《前度》成為第34屆香港國際電影節的閉幕電影，她在片中飾演周怡；該片于同年6月6日正式上映。7月6日，主演的青春愛情奇想電影《出水芙蓉》上映；該片于同年9月參展第3屆東京臺東下町喜劇電影節。11月，推出音樂EP《Move On...》，該EP收錄了《浪花上的人》《放低過去》《你不會懂》在內的5首歌曲。
2011年3月，憑借電影《出水芙蓉》獲得“中國華鼎電影盛典”滿意調查華語喜劇電影最佳演員獎。5月，憑借音樂EP《人人彈起》和《Move On...》提名華語金曲獎年度最佳粵語女新人獎。12月，憑借電視劇《女媧傳說之靈珠》獲華鼎獎傳奇類最佳女演員獎。2012年8月，參與演唱吳克群音樂專輯《寂寞來了怎么辦》中的第三波主打歌曲《全部都給你》。11月，憑借電視劇《武則天秘史》入圍第9屆華鼎獎“古裝題材最佳女演員”以及“全國觀眾最喜愛的明星”兩項提名，最終獲得該典禮的“古裝題材最佳女演員獎”。2013年5月28日，發行首張音樂專輯《桐花》，該專輯收錄了《慣性冬眠》《在一起》《風象》在內的10首歌曲。同年，主演電視劇《迫在眉睫》。2014年4月，參演劉鎮偉執導的喜劇電影《蹴鞠》。6月18日，發行音樂EP《完整愛》，該EP收錄了《星星的眼淚》《一輩子》《因為什么》在內的5首歌曲。
2015年3月，獲得微博之星微博影響力十大頒獎禮微博影響力十大香港娛樂名人獎。4月，參演由程耳執導的電影《羅曼蒂克消亡史》。8月7日，主演的電影《情劍》上映。2016年4月23日，參加電影《京城81號2》的拍攝。6月27日，參與芒果娛樂娛樂節目《Hello！女神》發布會。2017年4月2日，和蔡卓妍合體Twins錄制浙江衛視節目《熟悉的味道第二季》。2018年3月29日，主演的電視劇《動物系戀人啊》播出，她在劇中飾演“松鼠系”女友楚之河。2019年3月，在趙羅尼執導電影《失蹤》中擔任女主角。同年，與周秀娜合作主演電影《女子監獄》。10月11日，參加導演選角真人秀《演員請就位》。
2021年5月5日，鐘欣潼參與的真人秀《怦然心動20歲》播出。
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